17.3. Подготовительные работы
Подготовительные работы в автодорожном строительстве ведутся практически постоянно. По мере завершения одного участка дороги необ-ходимо подготовить фронт работ для следующего.
Состав подготовительных работ устанавливается в «Проекте произ-водства работ». Примерный перечень технологических комплексов:
создание геодезической основы и разбивка трассы;
расчистка полосы отвода;
водоотведение и временное водопонижение;
вынос инженерных сетей и снос зданий и сооружений, попадающих в полосу отвода;
устройство временных автодорог и объездов;
устройство карьеров и резервов.
Подготовительные работы можно начинать только после утверждения полосы отвода и заключения договоров на земельные участки временно используемые для нужд строительства (реституты). После завершения строительства реституты возвращаются землепользователю с обязательной рекультивацией.
Геодезическая разбивочная основа создаётся в виде системы полиго-нометрических (теодолитных) ходов вдоль трассы автодороги. Базовые координаты и отметки разбивочных точек должны быть получены не менее чем от двух реперов существующей геодезической сети. Необходимо при-нимать меры к обеспечению сохранности и устойчивости геодезических знаков.
Трассой называется совокупность линий определяющих положение автодороги в плане (продольная ось, бровки и подошвы откосов).Разбивка трассы (восстановление и закрепление) производится следующим образом:
отметки по оси дороги восстанавливаются не менее, чем через 100 м по прямой и 20 м на кривых участках. Закрепление производится прочно забитыми кольями и высокими вехами или колышками (сторожками) с выносом их за пределы зоны работ землеройной техники и указанием расстояния выноски. Пикетаж – прочно вбитыми кольями с выносом их за пределы полосы работ.
границу подошвы насыпи закрепляют колышками через 20…50 м или бороздой;
углы поворота трассы – прочно вкопанными угловыми столбами (диаметром не менее 10 см и высотой 0,5…0,75 м ). Столбы распо-лагаются на продолжении биссектрисы угла в 0,5 м от его вершины. На столбах закрепляются таблички с параметрами углов;
Полоса отвода закрепляется столбами в каждую сторону от оси дороги.
Технологии выполнения подготовительных работ принципиально не отличаются от принятых в гражданском строительстве.
17.3. Сооружение земляного полотна
Земляное полотно является основным конструктивным элементом автомобильной дороги и его сооружение (организация и технологии произ-водства работ) является определяющим в автодорожном строительстве.
При сооружении земляного полотна выполняются следующие техно-логические комплексы строительных работ:
детальная разбивка элементов дороги и подготовка основания;
разработка выемок и возведение насыпей;
уплотнение грунта;
окончательная планировка, укрепление откосов.
Детальную разбивку земляного полотна и элементов сооружений выполняют в зависимости от способа производства механизированных работ и устанавливают в соответствующих технологических картах. Основные разбивочные знаки выносят на обрезы, а правильность очертания земляного полотна при производстве работ контролируют нивелиром, визирками и дополнительными промерами. Все отметки выносят на разбивочные колы-шки. Во время работы дорожных машин необходимо следить , чтобы отметки сохранялись до конца работы на участке.
Подготовка основания под земляное полотно включает в себя: снятие плодородного слоя; устройство мероприятий по поверхностному водоотводу (создание рабочих уклонов, дренажей, водоотводных канав); закрепление и замена слабых грунтов. Эти работы в основном выполняются в подготовитель-ный период.
5
Разработка выемок и возведение насыпей – основные объёмы работ при возведении земляного полотна. В зависимости от рельефа местности попе-речные профили могут иметь различный вид (рис.17.4.).
Возведение насыпи
Возведение насыпи заключается в последовательной укладке разрабо-танного ранее грунта с уплотнением. Пригодность грунтов для сооружения земляного полотна определяется их дорожно-строительными свойствами. Наиболее пригодны крупнообломочные, песчаные и супесчаные грунты. Глинистые грунты малопригодны, или непригодны из-за склонности к морозному пучению и технологических сложностей при отсыпке и уплотнению.
Грунты отсыпаются слоями толщиной 0,5…1,0 м в зависимости от вида грунта и принятой (в технологической карте) технологии производства работ. сразу после отсыпки грунт разравнивается и уплотняется грунтоуплотняю-щими машинами. Достоинствами этого метода можно считать возможность получить отсыпи с различными характеристиками плотности и возведение насыпи из различных грунтов.
Для сооружения земляного полотна используют бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, экскаваторы. Выбор ведущей машины зависит от высоты насыпи, вида грунта и дальности его перемещения.
При организации объектного потока фронт работ разбивается на парные захватки. На первой захватке ведётся отсыпка грунта, а на второй – уплотнение. Размеры захваток увязываются с производительностью грунто-уплотняющих машин и влажностью грунта.
При возведении насыпи необходимо учитывать изменение объёма отсыпки в результате искусственного уплотнения (против объёма грунта в резерве).
V н = V р / K у
Где, К у - коэффициент относительного уплотнения грунта в насыпи сравнительно с его естественной плотностью в резерве;
V н - объём грунта в насыпи;
V р - объём грунта в резерве
При отсыпке верхнего слоя ширина бровки увеличивается на 0,5 м с целью размещения резерва грунта для последующих планировок при вы-держивании насыпи (для самоуплотнения).
При составлении технологических карт необходимо устанавливать схемы разработки, перемещения и укладки грунта с указанием высотных отметок насыпи по каждому слою, рабочие и холостые ходы основных машин, проектные и рабочие геометрические параметры земляного полотна.
При производстве работ на сосредоточенных участках (например отсыпка грунта в заболоченный участок) работы могут организовываться: «пионерным» методом – засыпка песка в обводнённые грунты для отжима воды, а потом послойно вести последующие отсыпи.
Разработка выемки
Разработка выемок в автодорожном строительстве ведётся по двум основным схемам: полунасыпь-полувыемка и полным профилем.
Неглубокие выемки разрабатываются экскаватором способом «лобо-вой проходки» сразу до проектных отметок.
Глубокие выемки разрабатываются ярусным способом. Разработка ведётся в поперечном и продольном направлении. В поперечном сечении выемка разделяется на ярусы с высотой забоя соответствующей расчётным параметрам землеройных машин (определяется в технологической карте). Каждый ярус должен иметь берму для проезда рабочего транспорта и обеспечения устойчивости откоса.
Выемки полного профиля, в зависимости от вида грунта, разрабатыва-ются одноковшовыми или многоковшовыми экскаваторами с отвозкой грунта автосамосвалами в резерв или в насыпь дороги на других участках. Для разработки песчаных грунтов могут применяться различные ковши-грейферы.
Земляное полотно в полунасыпи-полувыемке выполняется, как правило, бульдозерами. При больших объёмах работ могут применяться скреперы. Выравнивание дна выемки производится автогрейдерами, а откосов – плани-ровщиками-откосниками.
При производстве работ полувыемка-полунасыпь, во избежании дефор-мации земляного полотна, из за неравномерных осадок, не допускается рез-кая (по крутизне) граница между насыпью и выемкой.
При разработке грунта всегда необходимо предусматривать водоот-водящие сооружения на косогорах и уклоны на каждом ярусе выемки. Перед началом основных работ вдоль продольной оси выемки прокладывается пешеходная тропа и рабочий проезд для обеспечения прохода персонала и проезда машин и механизмов, участвующих в работах.
При наличии прочных грунтов разрабатываются специальные техноло-гические документы (ППР, ТК) по производству взрывных работ. Зимой производится послойное рыхление мёрзлых грунтов.
Уплотнение отсыпанных грунтов.
Уплотнение грунтов в искусственно отсыпанных насыпях преследует следующие цели:
способствует улучшению структуры грунта и его однородности;
повышает устойчивость земляного полотна;
уменьшает неравномерные осадки при увлажнении, промерзании и оттаивании грунтов отсыпки;
обеспечивает максимально возможный модуль упругости верхних слоёв грунта, позволяющий уменьшить потребную толщину доро-жной одежды.
Создание устойчивого земляного обязательно во всех случаях, когда дорожная одежда устраивается непосредственно после возведения насыпи и в выемках в пределах 1,2,5м. Значение необходимой плотности устанавливается в проекте (в пределах 0,85…0,98 от плотности в естественном залегании).
Многочисленные эксперименты показывают, что для получения наиболее плотной структуры необходимо, чтобы влажность грунта была такой, при которой процент защемлённого воздуха находился в пределах 4-6%. При этом образуются наиболее прочные гидратные оболочки, обеспечивающие минимальную фильтрацию и наименьшее разбухание грунта, а следовательно, и наивысший возможный модуль упругости. Если влажность ниже, т.е. объём пор, занятый воздухом, выше, то устойчивой структуры не создаётся и при увлажнении грунт легко разбухает, и тем больше, чем ниже влажность, а при недостаточной плотности, наоборот, доуплотняется и даёт осадку, а модуль упругости в обоих случаях падает. Если влажность вытесняет указанный процент воздуха, то структура также делается неустойчивой, особенно при ударном уплотнении, и модуль упругости уменьшается.
Уплотнение грунтов производится послойно (толщина слоя 0,3-0,5м), вслед за их отсыпкой. Работы ведутся звеном грунтоуплотняющих машин по захваткам. Размер захватки (L) устанавливается в ППР в пределах 100… 300м.
L = П to / 2T h B
Где: П – производительность звена грунтоуплотняющих машин м3/час.;
to – время сохранения оптимальной влажности, сек.;
Т – продолжительность смены, час.;
h ,В – размер слоя укатки.
Оптимальная влажность грунтов при укатке зависит от вида грунта и находится в пределах: глина-23…28%, суглинки-15…25%, пески- 8…14%. Если грунт высыхает, то производится поливка поливомоечными машинами. Вода разливается в несколько приёмов, чередуя увлажнение с перемешива-нием посредством вспахивания или рыхления. Переувлажнённые грунты сушат (устраивают технологические перерывы в работе).
Уплотнение грунта ведётся по всей ширине насыпи с обеспечением перекрытия следа предыдущей проходки на 20-30см. Количество проходок рассчитывается в технологических картах - (от 3 до 12).
Выбор способа уплотнения зависит от вида грунта и его влажности.
Укатка – применяется почти для всех видов грунтов. Используют-ся различные виды катков: пневмоколёсные и гладкие самоходные - для всех грунтов; кулачковые - для связных ; решётчатые – несвяз-ных обломочных, комковатых, мёрзлых. Катки могут быть самоход-ные и прицепные массой от 3-х до 25т.
Вибрирование – применяется при несвязных и малосвязных грун-тах (песках). Используются вибрационные катки прицепные и самоходные массой 3-12т, виброуплотняющие плиты массой 125-750кг, вибротрамбовки.
Трамбование – применяется для всех видов грунтов, укладываемых в стеснённых условиях, в зимнее время, отсыпками большой толщины (до 1,5м), отсыпи на откосах и др. Используются трамбу-ющие плиты, подвешенные к стреле экскаватора массой 2-12т; дизельтрамбовки на базе трактора Т-130; лёгкие (0,1-1,5т) пневма-тические и электричекие трамбовки. При расчёте эффективности трамбования задаются высотой падения плиты и рассчитывают количество ударов.
После уплотнения производится лабораторный контроль качества работ.
Отделка земляного полотна и укрепление откосов.
В процессе производства основных земляных работ насыпи и выемки получают грубое очертание – откосы их неровны, бровки извилисты, а в вы-емках остаётся недоработанный грунт. Для придания поперечному профилю проектной формы выполняются специальные отделочные и укрепительные работы.
К отделочным относятся планировка поверхностей насыпей, выемок и резервов. К укрепительным – укрепление откосов насыпей, выемок и резервов; дна резервов и канав от размыва водой и выдувания ветром. Пла-нировка земляного полотна и зачистка выемок до проектных отметок выпол-няется сразу после окончания основных работ специализированным звеном.
Очерёдность планировки: насыпь – земляное полотно, откосы;
выемки – откосы, дно выемок.
Планировочные работы выполняются автогрейдерами, экскаваторами и бульдозерами с навесным оборудованием ( откосники, уширители отвала, скребки, струги ). Для доработки выемок и резервов применяются землерой-ные машины – бульдозеры, скреперы и экскаваторы-драглайны.
Отделочные работы желательно выполнять при оптимальной влажности грунтов, что позволяет использовать срезаемый грунт для засыпки пони-жений, хорошего его уплотнения и облегчает работу машин.
Планировка производится, начиная с наиболее низких участков (в про-дольном профиле), для обеспечения водоотвода в процессе производства ра-бот. Автогрейдерами можно планировать откосы положе 1:3 при непосред-ственном движении по ним. Более крутые откосы планируются с помощью удлинителя ножа и путём выноса ножа грейдера в сторону. Автогрейдерами планируются откосы насыпей до 3,5м.
Рис.17.6. Схемы планировки откосов: А
)
– разбивка выемки; Б) – движение
грейдера
по откосу; В) – применение удлинителя отвала.
Планировка ведётся в несколько проходок по захваткам. Расчётная длина захватки – 300…1000м, зависит от грунтов и вида планировщика. При больших объёмах работ целесообразно применять системы автоматического управления отвалом («Профиль»-П, «Профиль»-30 и др.). Работа этих систем основана на функционировании электрических приводов от датчиков прикре-плённых к отвалу и перемещающихся по натянутой копирной струне или получающих сигналы от лазерных датчиков.
Планировка бывает грубой и окончательной. Грубая – перед выдерж-кой насыпи; окончательная – перед устройством покрытия.
После планировки или окончания строительства искусственных соору-жений выполняется крепление земляных откосов (укрепительные работы). Оно обеспечивает устойчивость и надёжность всего земляного полотна. Укреплению подлежат: откосы и обочины земляного полотна, конусы и подходы к малым искусственным сооружениям, верхняя часть земляного полотна.
Конструкции креплений:
растительный травяной покров – выполняется засевом долголетних трав или укладкой ранее снятого почвенно-растительного слоя;
посадка деревьев и кустарников;
одерновка откосов укладкой и временно закреплённых спицами плас-тов заранее заготовленного дёрна;
установка сборных железобетонных элементов в виде сплошных или решётчатых блоков-плит;
крепление откосов каменной наброской из сортированного камня, устройство каменных банкетов у подножия откосов ;
монолитные крепления откосов из бетона с армированием;
крепление фашинами, габионами, армированным грунтом.
Вид крепления зависит от крутизны откоса, материала откоса, метео-условий, наличия местных материалов, возможностей механизации и др.
Устройство специальных слоёв в земляном полотне.
Дополнительные слои и прослойки снижают влажность в различных точках земляного полотна, что предохраняет насыпь от замерзания и после-дующих неравномерных осадок после оттаивания. Мероприятия по снижению влажности грунтов обязательно применяются при использованию пучинистых грунтов. Дополнительные слои и прослойки помогают уменьшать толщину дорогостоящих слоёв дорожной одежды.
Дополнительные слои разделяются по назначению:
морозозащитные (теплоизолирующие) – применяются для повыше-ния температуры насыпи в зоне льдообразования. Выполняются из бетонных смесей с лёгким заполнителем; пористых каменных мате-риалов, обработанных вяжущими; золошлаковых смесей. Высокий эффект даёт укладка различных синтетических материалов.Укладка их производится по индивидуальным технологическим схемам.
Дренирующие – повышают коэффициент фильтрации насыпи в опасных зонах (по условиям замерзания). Устраиваются отсыпкой и уплотнением крупнозернистых песков, щебня различных фракций, сортированного камня.
Водонепроницаемые – устраиваются по откосам и под дорожной одеждой, служат для отсечения атмосферных вод. Выполняются из гидроизола, синтетической плёнки. Часто используется пропитка местного грунта органическим вяжущим (гудроном, жидким биту-мом, нефтяными эмульсиями). После пропитки производится рых-ление с последующей укаткой.
Капилляропрерывающие (противозаиливающие) – создают пре-граду для подъёма капиллярной воды. Применяются при высоком уровне грунтовых вод. Основа конструкции – слой из дренирую-щего материала по которому невозможно капиллярное поднятие воды. Выполняются в виде «обратного фильтра» из песка и щебня различных фракций.
При близком залегании водоносного слоя устраивают подкюветный и откосный дренаж с заложением водоотводной дрены ниже расчётной глуби-ны промерзания.
Устройство дополнительных слоёв и прослоек ведётся в процессе отсыпки насыпи. После выполнения прослоек дальнейшие отсыпи ведутся по способу «от себя» с использованием бульдозеров, так как заезд на прослойку автомобилей и землеройного транспорта запрещается, пока не будет создан уплотнённый слой грунта толщиной не менее 0,5…0,6м.